Comment Donaldson appose son sceau sur la filtration innovante

L'importance d'une filtration d'air de haute qualité dans les environnements de travail poussiéreux est capitale. Image : Adobe Stock

Cependant, de nombreux secteurs, notamment ceux qui utilisent des équipements lourds, pourraient bénéficier de mesures supplémentaires pour accroître leur productivité. Peut-être des investissements marginaux offrant des gains supérieurs aux gains marginaux ?

Rares sont ceux qui considéreraient la filtration de l'air, un procédé aussi peu glamour, comme une solution miracle, mais en ce qui concerne les temps d'arrêt imprévus des équipements, elle mérite d'être prise en compte – et lorsque la poussière et les contaminants parviennent à passer le filtre à air d'un moteur, une baisse des performances de la machine n'est peut-être que la partie émergée de l'iceberg des temps d'arrêt.

Ce point est soulevé par Mark Sala, directeur de la gestion des produits de traitement de l'air chez Donaldson, une entreprise qui développe des systèmes de filtration pour les équipementiers depuis 1915.

Dans le secteur de la construction routière, les filtres à air protègent à la fois les équipements coûteux et les opérateurs. Image : Adobe Stock

Donaldson est mondialement reconnue pour fournir des solutions d'ingénierie aux problèmes de ses clients, qu'il s'agisse d'optimiser les performances des moteurs ou de respecter les réglementations strictes en matière d'émissions.

La prévention des dommages causés aux moteurs par les contaminants est au cœur du travail entrepris par la division air de l'entreprise.

Comme le dit Sala, « le ventilateur du turbocompresseur s’encrasse souvent en premier, mais la contamination finit par atteindre la réaction de combustion elle-même. Injecteurs, pistons, chemises, tout cela se raye et s’endommage. »

« À ce stade, vous perdez de la compression et de la puissance, vous commencez à consommer de l'huile et à avoir des fuites à de nombreux endroits – et les émissions deviennent également un problème. »

Les temps d'arrêt causés par ce type de dommages peuvent aller d'un simple désagrément à une situation catastrophique, selon l'application et l'emplacement.

Une bonne filtration consiste à éviter ces extrêmes, mais aussi à limiter les baisses de performance plus lentes et moins visibles. Ces deux aspects dépendent fortement de la capacité à faire passer chaque litre d'air admis à travers le média filtrant, et nulle part ailleurs.

Le problème avec l'interface opérateur

« Les professionnels du secteur ont tendance à tout entretenir selon un calendrier de maintenance », explique Sala.

« Nous en avons longuement discuté au sein de notre division aéronautique et avons réfléchi à un produit qui répondrait à ces attentes, tout en offrant une valeur ajoutée en termes de coût et de fiabilité. »

Bien que la maintenance planifiée soit une nécessité, il est également admis qu'une maintenance prématurée accroît les risques. Chaque intervention comporte un risque de dommages, notamment sur les chantiers poussiéreux.

Sala explique : « Chaque intervention sur un filtre comporte un risque d’introduction de contaminants dans le système. Les deux jours les plus critiques pour un filtre sont celui où il est retiré pour être remplacé et celui où il est installé, car c’est à ce moment-là qu’il est le moins efficace. »

Mark Sala, directeur de la gestion des produits de l'air chez Donaldson

Sala comprend que les opérateurs sur site prennent souvent les choses en main lorsqu'une machine commence à perdre de la puissance : ils retirent les filtres, les tapent contre les pneus et les réinstallent, juste pour pouvoir reprendre le travail. Après tout, le temps, c'est de l'argent. Mais l'utilisation de filtres bon marché et les manipulations fréquentes qu'ils nécessitent ont un coût.

Steve Campbell, un autre expert en filtration de l'air possédant une vaste expérience de terrain, est directeur de l'ingénierie chez Donaldson, où il célèbre ses 25 ans de service. Inventeur de talent, il a collaboré avec des opérateurs pour résoudre des problèmes de filtration dans différents pays et régions, et pour une multitude d'applications.

En réponse, il affirme avoir «…constamment essayé de résoudre ces problèmes et de créer de meilleurs produits au fil du temps.»

« Ce que nous entendons souvent de nos clients, c’est qu’ils ne veulent pas changer leurs habitudes. C’est donc simple : nous devons concevoir des produits qui répondent à cette attente, leur permettant de continuer à faire ce qu’ils aiment. Mais nous leur offrons également une valeur ajoutée, que ce soit en termes de coût, de fiabilité ou d’amélioration de leurs performances. »

Comme le dit Sala : « N'importe qui peut se procurer un filtre bon marché, mais il existe une corrélation directe entre la quantité de poussière qui passe en aval au cours de la durée de vie d'un filtre et l'impact non seulement sur sa durée de vie, mais aussi sur les performances du moteur. »

« Plus le filtre est sollicité, plus les contaminants sont éliminés en aval et plus l'intervalle avant une intervention de maintenance majeure est court. Prolonger cet intervalle au maximum permet d'optimiser le coût total de possession de la machine. »

Dans des circonstances normales, ce type de dommages causés par des contaminants n'entraînera pas de panne moteur catastrophique, mais, tôt ou tard, une réduction de puissance se produira au moins.

« De manière générale, on observe une baisse progressive et insidieuse des performances », explique Campbell. « On constate une légère diminution de la compression, une légère perte de puissance, et cela s'installe progressivement. C'est pourquoi il est difficile de vraiment comprendre la différence entre une bonne et une mauvaise filtration ; c'est un investissement sur le long terme. »

Le sceau est la clé

Au cœur de la filtration de l'air se trouve le joint d'étanchéité – l'élément qui garantit que tout l'air traverse le média filtrant, sans aucune fuite.

Purificateur d'air Donaldson avec technologie ArmorSeal™

Comme le dit Sala : « Si l’on considère un moteur diesel actuel, pour chaque litre de carburant consommé, il consomme environ 15 litres d’air. Cela représente un volume supplémentaire considérable qu’il faut protéger, comparé à certains moteurs à essence – et nous n’avons qu’une seule chance. »

« L'huile recircule, ce qui offre au filtre de nombreuses occasions de la capturer. Notre défi consiste à capter un très grand volume d'air en permanence, et ce flux est constant. Si le filtre échoue à remplir cette fonction à un moment donné, cela peut entraîner une panne catastrophique. »

Selon Sala, la filtration de l'air comporte deux aspects cruciaux : le premier est le média filtrant lui-même, qui filtre l'air ; le second est l'étanchéité nécessaire pour garantir que l'air passe uniquement à travers le média filtrant.

Étant donné que chaque intervention imprévue due à la filtration de l'air aura un impact négatif sur les performances et constituera un risque de contamination, l'étanchéité entre ces interventions devient cruciale et doit pouvoir résister aux conditions réelles d'utilisation.

Chez Donaldson, Campbell et son équipe se sont vu confier ce qu'il décrit (à moitié en plaisantant) comme « la tâche impossible » de concevoir un joint qui pourrait contribuer à prolonger sensiblement les intervalles d'entretien des filtres à air.

Il explique : « Nous savions que nous voulions revenir à un joint radial, que Donaldson a inventé, breveté et commercialisé en 1987. C'est en quelque sorte la norme du secteur par rapport à laquelle tout est mesuré. »

« Nous voulions revenir aux fondamentaux de la filtration, c’est-à-dire proposer un produit extrêmement robuste et fiable, mais sans les coûts supplémentaires inhérents. »

« Bien sûr, nous savons que les gens cognent les filtres contre les pneus et les ailes – ils vont faire tout ce qu’il faut pour continuer à fonctionner en cas d’arrêt ou de perte de performance, même si cela va causer des problèmes plus importants et plus nombreux par la suite. »

« Quand Mark m'a expliqué les spécifications du projet, j'ai tout de suite compris son importance. Concevoir un joint d'étanchéité compatible avec les équipements de toutes tailles est un véritable défi. Il faut un joint capable de protéger aussi bien un moteur hors de prix qu'une simple tondeuse à gazon, sans avoir besoin d'être changé. »

La tâche impossible

Le défi auquel Campbell était confronté commençait par le fait que le joint radial est, selon ses propres termes, « fondamentalement un coup de génie ».

Le directeur de l'ingénierie de Donaldson, Steve Campbell

Le joint radial est simple mais très robuste et constitue également l'une des solutions les plus économiques jamais vues dans l'industrie.

Sala confirme : « Nous avons constaté des procédés de fabrication défaillants et des clients utilisant mal les filtres, mais les joints radiaux absorbent incroyablement bien ces impuretés. Il nous fallait trouver un moyen de préserver cette capacité, tout en l’améliorant pour qu’elle apporte une réelle valeur ajoutée. »

Voici quelques-uns des paramètres que Campbell a dû prendre en compte au début d'un processus de développement intensif.

Tout d'abord, concernant le matériau, il déclare : « En 2013, j'ai inventé une combinaison d'uréthane dur et mou et lorsque nous avons commencé à discuter du nouveau joint, j'ai décidé de faire des recherches sur la façon dont le matériau se comportait sur le terrain.

« J’ai découvert que nous avions fabriqué 8 millions de filtres depuis 2013 et que nous n’avions reçu aucune réclamation au titre de la garantie concernant cette technologie. »

« Je me souviens avoir dit à Mark à quel point cette solution était performante, et nous avons immédiatement su que nous avions là quelque chose sur lequel travailler. »

Une combinaison de modélisation informatique, de prototypage et de tests rigoureux a suivi jusqu'à ce que, vers la 500e itération, l'équipe trouve la version qui sera bientôt commercialisée sous le nom d'ArmorSeal ^TM .

« On a su qu'on tenait quelque chose quand on n'a absolument pas réussi à le faire échouer aux tests de durabilité », se souvient-il. « On avait un élément tellement rempli de poussière qu'il fallait être deux pour le soulever du sol. Il a même été éjecté du filtre à air pendant le test, mais il est resté étanche. Une fois remis en place, il a quand même passé le test. »

Dans le contexte de la construction, où les filtres subissent des vibrations, des chocs, une utilisation abusive par les opérateurs et des conditions environnementales extrêmes, ce type de marge est significatif.

Lorsque les gains dépassent le seuil marginal

Mais ArmorSeal ^™ n'est pas qu'une nouvelle géométrie de joint, c'est une technologie qui présente des avantages pour tous les aspects de la filtration de l'air.

Comme l'explique Campbell : « Ce produit est vraiment performant à tous les niveaux, c'est pourquoi nous sommes si enthousiastes à l'idée de le voir arriver sur le marché. Nous constatons une réduction des restrictions, une amélioration de la capacité de rétention des poussières et des avantages significatifs en termes de facilité d'entretien. »

Le système ArmorSeal de Donaldson promet d'être une solution de filtration facile à installer pour les machines de toutes tailles. Image : Adobe Stock

Parmi les autres avantages, on peut citer le retour tactile du joint. Comme le souligne Sala : « Lorsque vous positionnez le joint sur le filtre, vous savez sans aucun doute qu’il est correctement en place, et vous pouvez le faire les yeux fermés. Vous pourriez même effectuer la maintenance d’une seule main. »

Les travaux de l'équipe sur la conception du joint ont également incité Donaldson à repenser son interface avec le boîtier, notamment dans les applications à fortes vibrations où les filtres à air sont montés directement sur le moteur.

« Il s'agit véritablement d'une solution prête à l'emploi », explique Sala, « permettant la réutilisation des composants et minimisant l'investissement du client. »

Ceci est dû au fait que l'interface ArmorSeal peut être associée à différentes géométries de sortie sans avoir à revalider l'étanchéité à chaque fois.

Et, lors du lancement d'ArmorSeal début 2026, Donaldson espère que les équipementiers le percevront comme une architecture d'étanchéité conçue pour combler les points faibles évidents de la filtration de l'air, afin que les innovations futures puissent se concentrer ailleurs.

« C’est précisément le cœur de métier de Donaldson », conclut Sala. « Certes, nous vendons des filtres et des purificateurs d’air, mais ce pour quoi nous sommes rémunérés, c’est justement ce type de personnalisation : il s’agit de résoudre les problèmes de nos clients. »

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Cet article a été produit par KHL Content Studio, en collaboration avec des experts de Donaldson.

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Toutes les images non créditées sont une gracieuseté de Donaldson.

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